电源设计论文范文

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篇1

2）考虑到开通期间内部MOSFET产生Mill－er效应，要用大电流驱动源对栅极的输入电容进行快速充放电，以保证驱动信号有足够陡峭的上升、下降沿，加快开关速度，从而使IGBT的开关损耗尽量小。

3）选择合适的栅极串联电阻（一般为10Ω左右）和合适的栅射并联电阻（一般为数百欧姆），以保证动态驱动效果和防静电效果。根据以上要求，可设计出如图1所示的半桥LC串联谐振充电电源的IGBT驱动电路原理图。考虑到多数芯片难以承受20V及以上的电源电压，所以驱动电源Vo采用18V。二极管V79将其拆分为＋12．9V和－5．1V，前者是维持IGBT导通的电压，后者用于IGBT关断的负电压保护。光耦TLP350将PWM弱电信号传输给驱动电路且实现了电气隔离，而驱动器TC4422A可为IGBT模块提供较高开关频率下的动态大电流开关信号，其输出端口串联的电容C65可以进一步加快开关速度。应注意一个IGBT模块有两个相同单管，所以实际需要两路不共地的18V稳压电源；另外IGBT栅射极之间的510Ω并联电阻应该直接焊装在其管脚上（未在图中画出），而且最好在管脚上并联焊装一个1N4733和1N4744（反向串联）稳压二极管，以保护IGBT的栅极。

2实验结果及分析

在变换器的LC输出端接入两个2W／200Ω的电阻进行静态测试。实验中使用的仪器为：Agi－lent54833A型示波器，10073D低压探头。示波器置于AC档对输出电压纹波进行观测，波形如图5所示。由实验结果看，输出纹波可以基本保持在±10mV以内，满足设计要求。此后对反激变换器电路板与IGBT模块驱动电路板进行对接联调。观察了IGBT栅极的驱动信号波形。由实验结果看，IGBT在开通时驱动电压接近13V，而在其关断时间内电压接近5V。这主要是电路中的光耦和大电流驱动器本身内部的晶体管对驱动电压有所消耗（即管压降）造成的，故不可能完全达到18V供电电源的水平。

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电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的电气附件，它和人们生活有着十密切的关系。现在居民搬进新房后，普遍反映电源插座数量太少，使用极不方便，造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板，经常引起人身电击和电气火灾事故，给人身财产平安带来重大隐患。所以，电源插座的设计也是评价住宅电气设计的重要依据。笔者根据国外以及我国有关住宅规范及标准，结合多年来的实践提出住宅电源插座的数量及布置要求，供参考。

1电源插座设置数量的规定

（1）国家标准《住宅设计规范》（GB50096－1996）第6．5．4条规定，电源插座的

数量应不少于表1的规定；

（2）小康住宅电气设计《设计导则》中第4．3．5条规定，小康住宅中设置的插座数量不少于表2中的规定；

（3）《上海市工程建设规范》（DGJ08－20－2001）12．2．2条规定，电源插座设置数量应不少于表3的规定；

（4）“江苏省住宅设计标准”（DB32／380－2000）中规定，每套住宅内电源插座的设置，应符合表4中的规定；

（5）香港非凡行政区政府机电工程署1997年版《电力（线路）规例工作守则》家庭用途的装置及用具中规定，电源插座数量应不少于表5中的规定；

（6）美国国家电气法规NEC的第210－52（a）条对电源插座的布置作了更量化的规定。其中两个电源插座间的距离不得超过3．6m，因为美国规定家用电器电源线长达1．8m，一个家用电器如不能自左侧接电源插座，定能自右侧接电源插座，如图所示；

（7）小康住宅是由建设部在各大城市指导建设，面向21世纪的大众住宅，其定位标准是“科技先导，适度超前”。这将是我国住宅产业未来发展的方向。很显然，国家标准“住宅设计规范”中的电源插座数量偏少，参照国内外住宅电源插座设置数量标准，根据目前使用和超前发展的要求，建议住宅内电源插座的设置数量应不少于表6的要求。

2电源插座的选用和设置要求

2．1电源插座的选用

（1）电源插座应采用经国家有关产品质量监督部门检验合格的产品。一般应采用具有阻燃材料的中高档产品，不应采用低档和伪劣假冒产品；

（2）住宅内用电电源插座应采用平安型插座，卫生间等潮湿场所应采用防溅型插座；

（3）电源插座的额定电流应大于已知使用设备额定电流的1．25倍。一般单相电源插座额定电流为10A，专用电源插座为16A，非凡大功率家用电器其配电回路及连接电源方式应按实际容量选择；

（4）为了插接方便，一个86mm×86mm单元面板，其组合插座个数最好为两个，最多（包括开关）不超过三个，否则采用146面板多孔插座；

（5）对于插接电源有触电危险的家用电器（如洗衣机）应采用带开关断开电源的插座。

2．2电源插座设置位置要求

电源插座的位置和数量确定对方便家用电器的使用。室内装修的美观起着重要的功能，电源插座的布置应根据室内家用电器点和家具的规划位置进行，并应密切注重和建筑装修等相关专业配合，以便确定插座位置的正确性。

（1）电源插座应安装在不少于两个对称墙面上，每个墙面两个电源插座之间水平距离不宜超过2．5m～3m，距端墙的距离不宜超过0．6m。

（2）无非凡要求的普通电源插座距地面0．3m安装，洗衣机专用插座距地面1．6m处安装，并带指示灯和开关；

（3）空调器应采用专用带开关电源插座。在明确采用某种空调器的情况下，空调器电源插座宜按下列位置布置摘要：

①分体式空调器电源插座宜根据出线管预留洞位置距地面1．8m处设置；

②窗式空调器电源插座宜在窗口旁距地面1．4m处设置；

③柜式空调器电源插座宜在相应位置距地面0．3m处设置。

否则按分体式空调器考虑预留16A电源插座，并在靠近外墙或采光窗四周的承重墙上设置。

（4）凡是设有有线电视终端盒或电脑插座的房间，在有线电视终端盒或电脑插座旁至少应设置两个五孔组合电源插座，以满足电视机、VCD、音响功率放大器或电脑的需要，亦可采用多功能组合式电源插座（面板上至少排有3个～5个不同的二孔和三孔插座），电源插座距有线电视终端盒或电脑插座的水平距离不少于0．3m；

（5）起居室（客厅）是人员集中的主要活动场所，家用电器点多，设计应根据建筑装修布置图布置插座，并应保证每个主要墙面都有电源插座。假如墙面长度超过3．6m应增加插座数量，墙面长度小于3m，电源插座可在墙面中间位置设置。有线电视终端盒和电脑插座旁设有电源插座，并设有空调器电源插座，起居室内应采用带开关的电源插座；

（6）卧室应保证两个主要对称墙面均设有组合电源插座，床端靠墙时床的两侧应设置组合电源插座，并设有空调器电源插座。在有线电视终端盒和电脑插座旁应设有两组组合电源插座，单人卧室只设电脑用电源插座；

（7）书房除放置书柜的墙面外，应保证两个主要墙面均设有组合电源插座，并设有空调器电源插座和电脑电源插座；

（8）厨房应根据建筑装修的布置，在不同的位置、高度设置多处电源插座以满足抽油烟机、消毒柜、微波炉、电饭煲、电热水器、电冰箱等多种电炊具设备的需要。参考灶台、操作台、案台、洗菜台布置选取最佳位置设置抽油烟机插座，一般距地面1．8m～2m。电热水器应选用16A带开关三线插座并在热水器右侧距地1．4m～1．5m安装，注重不要将插座设在电热器上方。其他电炊具电源插座在吊柜下方或操作台上方之间，不同位置、不同高度设置，插座应带电源指示灯和开关。厨房内设置电冰箱时应设专用插座，距地0．3m～1．5m安装；

（9）严禁在卫生间内的潮湿处如淋浴区或澡盆四周设置电源插座，其它区域设置的电源插座应采用防溅式。有外窗时，应在外窗旁预留排气扇接线盒或插座，由于排气风道一般在淋浴区或澡盆四周，所以接线盒或插座应距地面2．25m以上安装。距淋浴区或澡盆外沿0．6m外预留电热水器插座和洁身器用电源插座。在盥洗台镜旁设置美容用和剃须用电源插座，距地面1．5m～1．6m安装。插座宜带开关和指示灯；

（10）阳台应设置单相组合电源插座，距地面0．3m。

3电源插座供电回路

（1）住宅内空调器电源插座、普通电源插座、电热水器电源插座、厨房电源插座和卫生间电源插座和照明应分开回路设置；

（2）电源插座回路应具有过载、短路保护和过电压、欠电压或采用带多种功能的低压断路器和漏电综合保护器。宜同时断开相线和中性线，不应采用熔断器保护元件。除分体式空调器电源插座回路外，其他电源插座回路应设置漏电保护装置。有条件时，宜按分回路分别设置漏电保护装置；

（3）每个空调器电源插座回路中电源插座数不应超过2只。柜式空调器应采用单独回路供电；

（4）卫生间应作局部辅助等电位联结；

（5）厨房和卫生间靠近时，在其四周可设分配电箱，给厨房和卫生间的电源插座回路供电。这样可以减少住户配电箱的出线回路，减少回路交叉，提高供电可靠性；

（6）自配电箱引出的电源插座分支回路导线截面应采用不小于2．5mm2的铜芯塑料线。

参考文献

1香港非凡行政区政府机电工程署编．《电力（线路）规例工作守则》1997

2北京市建筑设计探究院编．《建筑电气专业设计技术办法》中国建筑工业出版社，1998

3《住宅设计规范》（GB50096－1999）．中国建筑工业出版社，1999

4李天恩主编．《小康住宅电气设计》北京中国建筑工业出版社，1999

5全国建筑电气设计技术协作及情报交流网编．建筑电气设计通讯．2001；1

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TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。

TOPSwitch－II独立于Ui、PO的电源参数值，见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。

表3独立于Ui、PO的电源参数值

独立参数典型值

开关频率f(kHz)100

输入保护电路的箝位电压UB(V)200

输出级肖特基整流二极管的正向压降UF(V)0.4

初始偏置电压UFB(V)16

（3）输入滤波电容的选择

参数TOP221TOP222TOP223TOP224TOP225TOP226TOP227

高频变压器初级电感LP(μH)86504400220014751100880740

高频变压器初级泄漏电感LPO(μH)175904530221815

次级开路时高频变压器的谐振频率fO(kHz)400450500550600650700

初级线圈电阻RP（mΩ）50001800650350250175140

篇4

2监控系统软件系统设计

监控系统的软件部分采用模块化开发方式。整个系统共分为初始化、数据采集管理、控制与维护、人机界面、通信、系统维护等六个模块。在这六个模块中，数据采集管理模块及控制维护模块是整个监控系统的核心模块。数据采集模块可以分为模拟量采集与处理模块、数字量采集与处理模块、报警处理模块三个部分，分别负责系统模拟量和数字量的采集、汇总、处理、存储、转发等工作，同时在分析数据的基础上对系统的运行状态进行分析和判断，如果系统运行状态存在发生故障的可能性，就相应发出报警信号。系统的控制和维护模块的主要功能是接收来自于数据采集模块的数据及初判结果，并根据结果进行电源运行状态的管理，其中包括对系统的自检、故障自诊断、程序复位、系统安全等方面的功能。除此之处，还要完成对其他模块的调度。

篇5

作者：张建英 范春甫 胡建云 单位：重庆工业自动化仪表研究所

系统特点我们通过对优化设计前智能切换屏存在的问题进行了大量分析，并依据《GB/T19826-2005电力工程直流电源设备通用技术条件和安全要求》及《YD/T5027-2005通讯电源集中监控系统工程设计规范》等相关要求，对该装置进行了优化设计，确保在设备正常运行方式、交流电源中断或充电装置发生故障的情况下，直流母线连续供电[1]。该装置具有掉电保持、信息多点处理、远程监控等特点，实现了机房对该装置进行集中监控管理的功能，设备更加安全、可靠，更加人性化[2]。据梁平供电局值班人员的信息反馈：在近19个月的运行过程当中，通过监控管理系统发现并解决相关设备问题已有3次，告警及时准确，维修人员反应迅速，没有导致输出电源中断现象发生；并且，在蓄电池充放电过程中，该装置都成功切换，除了定期巡检外，真正实现了机房无人值守。系统介绍系统参数工作方式：设有手动和远程控制方式（手动时采用刀闸并联在接触器旁）；标称电压：直流48V；输入电压：2路直流-48V，正极接地；输出电压：2路直流-48V，每路分别对应10个电流为15A的配电回路；工作电压：-56V到-42V(范围通过管理系统可调节)，正极接地；启动电压：≥-42.5V或≤-56.5V（可调），正极接地；故障切换时间：0秒；网络通讯：采用RS485与触摸屏通讯进行现场监控，通过以太网与上位机通讯进行集中管理；通用参数按照相关规定[1]设计。

模拟量数据采集采用EM231的8回路输入模块，用来测量母线电压和电流值；以太网模块选CP243-1作为通讯模块，和监控站进行信息联络，监控中心通过监控站对智能切换屏进行集中管理。接触器之前的设备选用的是NDZ1-400K型接触器，其主触点为常开状态，当系统出现故障或控制线圈故障时，接触器主触点失电断开，导致整个通信电源设备掉电。为了避免这种情况的发生，我们选用了天水213电器厂的单级直流接触器,型号为：GSZ2-400D，其主触点为常闭，故障时其主触点会立即闭合，同时PLC向监控站发出故障信号，等待处理。这里需特别注意的是，在检修输出设备需断电时，必须取出对应输出回路熔断器FU3、FU4的熔芯，防止故障时接触器掉电闭合。触摸屏为了方便现场巡检人员查看设备的运行状态，同时维修人员可以更加直观的查看告警记录，快速判断故障位置，我们选用威伦通科技生产的8寸触摸屏，型号为：MT4403TE。该款触摸屏配置了10M/100M自适应以太网接口RJ45，支持给予CS架构的以太网通讯，同时也可以通过以太网接多个HMI构成多HMI联机或与PC机通讯，方便了多点监控和通讯，这样，大大提高设备的可扩展性。组态软件MT5000可以实现参数设定、数据监视、运行监控、故障显示、历史记录及数据报表，功能十分强大，这也是我们选它的主要原因。开关电源开关电源在本系统中作为控制电源起着非常关键的作用。这里我们选用航天朝阳军品电源：4NIC-TX250DC/DC输入直流48V，输出直流24V。其特点是：低纹波、免维护、功率密度大及良好的电磁兼容性；在工作时，该电源是双路输入，双路输出，当任意一路出现电源故障将不会影响两路输出，而且电源输出两个回路并联使用，其中的一路出现故障将不影响另外一路的电压波动；它还具有宽电压输入范围：DC36V-DC72V，同时电压精度达到：≤±1%，纹波Vrms≤0.1%VP-P≤1%。上述这些特点正是我们选择控制电源最关注的地方，也是其它同类开关电源不具备的方面。集中监控管理系统优化设计前设备只有唯一人机交互界面——触摸屏，并且只能在现场监控，值班人员必须每天值守。不仅如此，设备没有跟其他相关设备联网，不能和其它设备联动，且只有本地操作，及不方便。优化后，设备集中监控管理系统具有故障管理、性能管理、配置管理和系统本身安全管理功能，实现了供电电源相关设备无人自动联动功能，并且可以进行远程集中管理。值班人员只需在通信局监控（站）中心对该设备集中监控，派专人进行需定期巡检和设备保养即可，无需专人值守机房。使设备更加可靠、更加人性化。

新型智能切换屏内部具有监控性能和通信接口的PLC监控模块（以太网模块），通过该模块与通信局（站）的监控站通信，最终将信息上传至上级监控中心。新型智能切换屏的工作状态通过监控中心实现的管理功能有：（1）故障管理功能：当出现熔断器熔断、接触器误动作、母线掉电、系统运行异常等情况时，具有多点、多事件同时告警的能力，并向值班人员提示故障位置及处理建议，同时支持操作人员对告警信息进行确认。（2）性能管理功能：可以进入到智能切换屏元件工作状态的画面，对其运行状态进行监控；能对告警、值班人员的操控等信息进行保留；所保存的历史数据可以以图形和表格的方式显示和打印。（3）配置管理功能：监控中心能调整PLC内部的系统参数、修改操控人员的权限等功能。（4）安全管理功能：具有完备的操作管理功能，对该装置参数设置和系统参数设置具有多级管理权限，通过操作口令可以对设备进行“遥控”和“遥调”。

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TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

η/％(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

篇7

引言

本监控系统是为铁路用4kVA/25Hz主从热备份逆变电源系统设计的。

4kVA/25Hz主从逆变电源是电气化铁路区段信号系统的关键设备，有两相输出：110V/1.6kVA局部电压（A相）；220V/2.4kVA轨道电压（B相）；两相均为25Hz，且要求A相恒超前B相90°。由于逆变器是给重要负载供电，且负载不允许断电，故采用双机热备份系统，一旦主机发生故障，要求在规定时间内实现切换，因此，备份逆变器一直处于开机状态。由于逆变器经过了整流，逆变两级能量变换，功率较大，且指标要求较高，必须要采用先进的控制技术；同时为了安全实现主从切换，也必须要有完善的监控系统来实现锁相，保证整机的安全。

1监控系统总体设计要求

根据实际情况，本系统主要完成以下功能：

1）主从切换功能主从控制之间实现准确无误的切换，具有自动和手动两种功能，保证切换时电压同频率，同相位，同幅值；

2）锁相功能主从机组局部电压同频同相，同一机组内A相恒超前B相90°；

3）完善的保护功能具有软起动功能，以避免启动瞬间电压过冲对逆变器及负载的冲击，以及输出过压、过流保护，频率、相位超差保护，桥臂直通保护，过热保护等；

4）显示功能实时显示运行参数及工作状态并具有声光报警功能，以提示值班人员及时排除故障；

5）通信功能具有主从机组之间通信，与监控中心（上位机）通信等功能；

6）抗干扰功能系统具有良好的抗干扰能力。

2系统硬件电路设计

2.1DS80C320单片机简介

DS80C320是DALLAS公司的高速低功耗8位单片机。它与80C31/80C32兼容，使用标准8051指令集。与普通单片机相比有以下新特点：

1）为P1口定义了第二功能，从而共有13个中断源（其中外部中断6个），3个16位定时/计数器，两个全双工硬串行口；

2）高速性能，4个时钟周期/机器周期，最高振荡频率可达33MHz，双数据指针DPTR；

3）内置可编程看门狗定时器，掉电复位电路；

4）提供DIP，PLCC和TQFP三种封装。

2.2基于DS80C320的监控系统硬件电路设计

按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。监控系统采用模块化的设计思想，分为微处理器及外设模块，模拟量采集模块，开关量采集模块，频率及相差测量模块，控制量输出模块，人机接口模块，同步信号模块以及通信模块。

1）微处理器及外设模块微处理器采用DS80C320，非常适合于监控。本系统充分利用前面已提及的特点，简化了硬件设计与编程，从而提高了整个系统的可靠性。根据系统需要扩展了一片8255，一片E2PROM和一片8254。

2）模拟量采集模块根据采集精度要求以及被采集量变化缓慢的特点，采用AD公司的高速12位逐次逼近式模数转换器AD574A，其内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，转换时间25μs，并通过ADG508A扩展模拟量输入通道。

3）开关量采集模块首先经光耦进行隔离后，再通过与门送入单片机的外部中断口，同时通过8255送入单片机，采取先中断后查询的方式。

4）频率及相差测量模块信号先经过具有迟滞特性的过零比较器转换为方波，然后通过双四选一开关4052送入单片机，通过定时器T0来计算频率和相差。

5）控制量输出模块通过光耦控制输出，实现可靠隔离。

6）人机接口模块包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现电流、电压、频率及相差的显示。显示部分采用8279驱动8位七段LED显示，同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。

7）同步信号模块本模块用来实现锁相。单片机控制8254产生局部同步脉冲和轨道同步脉冲，同步脉冲用来复位正弦基准。通过软件控制同步信号的频率，可实现主从锁相和局部及轨道的相位跟踪。具体实现过程将在下文详述。

8）通信模块采用了RS232和RS485两种通信方式。利用串口0采用RS232实现与另一机组监控单元的双机通信，获取对方机组状态信息；利用串口1采用RS485标准接口实现与上位机的通信，完成传输数据和远程报警等功能。

3系统软件设计

3.1系统软件流程

主程序流程图如图2所示。系统上电复位后，首先对单片机，芯片及控制状态进行初始化；然后读取AC/DC模块的工作状态，若正常则启动DC/AC模块，否则转故障处理；开启DC/AC后，读入其工作状态并判断输出电压是否满足要求，有故障转故障处理，正常则开启故障中断；接下来进行主从机组判断和相位跟踪，实现主从相位同步和局部及轨道电压的锁相；只有在实现锁相后，才采用查询方式处理键盘及测量显示。在软件编制中，键盘中断是关闭的。实验证明，对人机交互通道采用这种查询处理方法，完全可以满足系统的实时要求。开关量的输入采取先产生中断，后查询的方法，保证了响应的实时性和逆变系统的安全性。

3.2系统采用的主要算法和技术

3.2.1交流采样算法

测量显示大信号的交流量时，通过互感器得到适合A/D转换的交流小信号，然后对小信号进行采样，最后对采样数据采用一定的算法，得到正确的显示值。均方根法是目前常用的算法，其基本思想是依据周期连续函数的有效值定义，将连续函数离散化，从而得出电压的表达式

式中：n为每个周期均匀采样的点数；

ui为第i点的电压采样值。

3.2.2数字滤波算法

A/D转换时，被采样的信号可能受到干扰，从采样数据列中提取逼近真值数据时采用的软件算法，称为数字滤波算法。目前常用的方法有程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波等。根据本系统对采集精度有较高要求以及被采集的模拟量变化缓慢的特点，采用程序判断滤波法和算术平均滤波法相结合的滤波方法，即进行多周期采样，取其算术平均值作为有效采样值。每次采样后和上次有效采样值比较，如果变化幅度不超过一定幅值，采样有效；否则视为无效放弃。

3.2.3单片机锁相技术

本监控系统一个很重要的功能是实现相位同步，即保证主从机组的相位同步和机组内局部电压相位恒超前轨道电压相位90°。本系统锁相的基本原理是，对于频率相同而相位不同步的两路信号，比如A路和B路，若A路为基准，B路超前（滞后）一定的相位，可以通过适当降低（增大）B路信号的频率来实现相位调整进而锁相，最后再把B路频率置为原频率值。

本系统中，单片机控制8254产生25Hz同步脉冲，同步脉冲用来复位正弦基准，使基准正弦波重新从零值开始。基准正弦波与三角波比较产生SPWM波，经逆变得到与基准正弦同频的交流输出，因此，通过调整同步脉冲的频率可改变正弦基准的频率，进而可改变被调整输出电压的相位。要实现系统的锁相要求，需要从机组局部电压跟踪主机组的局部电压，各机组轨道电压跟踪本机组的局部电压。因此，要有主从局部锁相和局部轨道相位跟踪两个子程序。

锁相的流程图如图3及图4所示。首先由多路开关选择要锁相的两路信号，由单片机测量相位差，并对所得相位差数据进行必要的运算和处理后，判断有无超差。倘若相位超差，则根据超差范围确定同步脉冲的频率值。如果是主从局部锁相，则应同时改变从机组局部和轨道的同步脉冲；否则，若为局部、轨道相位跟踪，则只改变本机组轨道的同步脉冲。通过调整同步脉冲，可实现相位调整。实现锁相后，同步脉冲的频率置为25Hz返回。

4抗干扰措施

由于该监控系统工作于强电环境，很容易受到各种干扰的影响。干扰一旦串入系统，轻则会引起误报，严重时就会导致整个系统瘫痪，甚至造成重大事故。本系统从硬件和软件两方面采取了抗干扰措施，保证了监控系统的可靠运行。

4.1硬件抗干扰措施

1）光电隔离在输入和输出通道上采用光耦合器件进行信息传输，在电气上将单片机与各种传感器、开关、执行机构隔离开来，可以较好地防止串模干扰。

2）加去耦电路在电源进线端加去耦电容，削弱各类高频干扰。

3）合理布置地线系统中的数字地与模拟地分开，最后在一点相连，避免了数字信号对模拟信号的干扰。

4）数字信号采用负逻辑传输骚扰源作用于高阻线路时易形成较大干扰，而在数字信号系统中，输出低电平时内阻要小些，因此，定义低电平为有效（使能）信号，高电平为无效信号，可减少干扰引起的误动作，提高控制信号的可靠性。

4.2软件抗干扰措施

1）利用可编程硬逻辑看门狗将单片机从死循环和跑飞状态中拉出，使单片机复位。而DS80C320提供了内部可编程硬逻辑看门狗，不须外加电路，就能够实现可靠的超时复位。同时，DS80C320还为一些重要的看门狗控制位提供了访问保护，防止单片机失控后对这些重要的控制位进行非法操作，进一步保证了程序的安全性。

2）对于数字信号采集，利用干扰信号多呈毛刺状且作用时间短这一特点，多次重复采集，直到连续两次或两次以上采集结果完全一致才认为有效。数字信号输出时，重复输出同一个数据，其重复周期尽可能短，使外部设备对干扰信号来不及作出有效反应。

3）对模拟量的采样和处理，采用数字滤波技术。

篇8

Abstract：Thisarticleunifiedtheprojectexampleindetailtodiscusstheleisuretypehotelbotanicalgardendesignidea,thebotanicalgardenlayout,thesubjectlandscapedesigncreativityandthelandscapegardeningcharacteristicandsoon,exhaustedtheoutlinedrawingenjoyablebotanicalgardenexpressionmeanstobuildleisuretypehotelbotanicalgardenfittingtogethertheidealcondition.

Keywords：TheRecreationalHotel;Botanicalgardendesign;Landscapelayout

1设计背景

张家界湘电国际酒店是一家以休闲度假、商务会议为主题的四星级商务酒店，酒店建筑布局为层层院落深进的园林式风格，建筑物依山就势，借景抒情，和张家界自然风光巧妙融于一体。由于酒店的升级，原有的园林景观仅仅停留在绿化上面，只是通过种植一些常有植物和草皮达到绿化的效果，未能充分利用酒店优越的地理环境，各个院落设计空间内外渗透不够，建筑与景观未能有机地融合，内部园林景观无序，主题不够鲜明，文化内涵未充分释放，远远达不到休闲式酒店的要求。如何将酒店内园林景观与张家界美丽的自然风光和地方文化特色有机融合，成为其园林设计关键的节点所在。

2酒店园林景观设计的主旨

本工程园林景观设计范围为酒店内部空间、主题园林景观、景观带绿化布置、屋顶平台绿化设计以及连廊等；根据酒店内园林景观现状，考虑到所处的位置、建筑风格、庭院空间、绿化现状等，拟在设计体现张家界自然风光，风土人情特色为主，特别是将张家界本土的水和石引入园内，在园内自然生成富有张家界野趣的溪流和山石，来与整个风景区巧妙融为一体，浑然天成。

3园林景观设计

3.1张家界乡土景观的挖掘

张家界为国家级森林公园，境内峰密岩险，谷深涧幽，汇峰、谷、壑、林、水于一体，有三千多座奇峰异石，八百溪流蜿蜒纵横，景色奇、秀、幽、险；景区内植被丰富，花草树木种类繁多，被誉为“中国山水画的蓝本”。

金鞭溪位于景区东部，因靠近金鞭岩而得名，全长7.5km，自老磨湾至水绕四门经索溪注入澧水。溪流穿行于峰峦幽谷之间，溪水明净，跌宕多姿，小鱼游弋其中，溪畔花草鲜美，鸟鸣莺啼，树木繁茂，千峰耸立，构成极为秀丽清幽的生态环境，被称为“世界最美的峡谷”，“最富诗意的溪流”。

3.2景观布局构想

以张家界景区特定地理环境、地质景观为设计参照，以本地植物、山、石、溪流为造景素材，根据酒店建筑层院落深进的风格，充分利用空间高差进行合理设置和景观布局。在酒店内景观构思设想上，以金鞭溪为蓝本，自五栋至大厅，营造一条贯穿整个酒店的潺潺溪流，溪流流经的每个院落都有相应的景观主题，且溪流完全效仿自然，蜿蜒曲折，水质澄清透明，若隐若现。每个院落透过四季景观特征的表现，充分展现各个庭园空间不同的园林意境和韵味，从而让宾客充分享受远离喧嚣城市，亲近自然的愉悦心情，以达到休闲生态园林酒店的终极目的。再通过水池、溪流、园路、花草树木、亭台、山石等景观元素以及园林小品等造园手法，辅以现代背景音乐系统、光电照明系统，使酒店园林真正体现古典韵味与现代气息、自然山水与人文特色合二为一的美好境界。在各景点适当位置以景石形式突出景点的人文内涵。

3.3景观布局顺序

景点布局以五栋楼为起源，接外部山泉作为水源构建一条溪流，连接整个院落，直至酒店大堂，四、五号楼楼梯地段为溪流的源头；该院落以跌水、乱石丛表达“源”的理念，体现溪流的发源；二四栋三号楼前地段为溪流的中段，该院落以栈桥、干涸的河床、浅滩表现“寂”的理念，体现石与水的文化，餐厅前长庭地段为溪流的末段，该段以宽广溪流、深潭表达“纳”的理念，体现一种海纳百川的意境。大厅内为溪流的结尾。

3.4各院落园林景观设计

3.4.1起源（四、五栋间院落）

在楼梯处堆石造山，营造“水自天上来”的氛围，寓意溪水源头自山上而来，楼梯下设浅池，上铺鹅卵石引导起源水流，细小的溪水分两道蜿蜒向前。溪水曲折、婉转，中途流经人工堆砌的山谷最后在三号楼附近拐弯流入主题景观区。

3.4.2宁静悠远（三栋前部院落）

此处庭院面积不大，地处宾馆中部，显得格外静。当细流经过之前的酝酿到达此时已较为成熟。整个庭院陆地部分铺设小碎石，一条近似干枯的河道连接着前面的细流，将水引入一小潭之中，小潭中设三个涌水口，仿地下水涌出，一条木栈道穿插其中，全院野趣横生，令人虽置身闹市，仍能体验山野之幽。

3.4.3树大荫浓（四、二栋间院落）

院中那棵生长了几十年的桂花树是全院的灵魂，以院中的桂花树为主体分别设计峰回路转景石和园中小憩石凳休息区。充分考虑了院子的可进入性，使空间更加人性化，更具有一种书香气息。

植物运用上主要有：桂花、玉兰、红枫、南天竹等，随园景肆意点缀，突出表现休闲式园林的随意和轻松。3.4.4蓄（二栋前部院落）

水流经过不断地积累到达此处已非常成熟，最后通过二栋门厅美人靠下部的跌水瀑布在二栋前积聚成了一个大的水面。依据地形又将水面做成三层跌水，水流从滚水坝跌下。水面中央设小亭，通达小亭的汀步用本地的红砂岩组成，水面一直延伸到走廊的方亭中，将方亭突出走廊的部分做成水榭的形式，周边设美人靠。水岸自然蜿蜒，用真石堆砌成自然驳岸。

植物运用上主要有：桂花、龙爪槐、芭蕉、杜鹃、荷花、马蔺等，从而将此园点缀得满园春色，情景交融，令人美不胜收。

3.4.5海纳百川（餐厅前部院落）

此处绿地地形狭长，自然形成落差，水流由二栋前大水面流经原由长亭改造的风雨桥，形成一段自然曲折的溪水，最后在自然高差处奔流而下，最后止于一深潭中，形成海纳百川的自然景观。岸线自然堆砌，石头生动活泼，趣味盎然。

植物运用上主要有：桂花、桃花、海桐、鸢尾、芦苇等，通过多种不同风格的植物和水景，将此景观映衬出江南小镇诗情画意的意境，并充分体现出主景观的大气磅礴与韵味深长。

3.4.6大堂

大堂作为迎接宾客的地方，同时又在进入西餐厅的门口，正对大门，该处布置小型水池，自然岸线，水池内养红锦鲤，在原有的墙上凹坑内布置堆石，内设流水。

3.4.7迎宾小亭和连廊

迎宾小亭内直立墙面布文化石，底部堆石，和大厅风格布局保持一致。原有连廊进行整修，靠内部墙面取消，靠外部把原有的窗面形式，改为江南园林院落院墙的景窗，创造丰富的景观空间。

3.4.8其它小块绿化及屋顶绿化

需要种植绿化的屋顶，内布50cm厚种植土，种植天鹅绒，马蹄金等，屋顶边凌空时，围绕顶边种植迎春，让其自然下垂。

其它小块绿地在院落内部的小庭院空间内，布置丛竹、芭蕉、苏铁等，从而营造出浓郁的中国古典园林氛围。

4结语

休闲式生态酒店与现代功能型酒店最大的区别主要体现在其良好的生态性和自然性方面，园林景观主题区别突出表现在“雅”与“静”上。因此，其景观园林比现代功能型酒店有更高的要求。园林景观建筑空间的流动美是中国古典园林的特色所在，张家界湘电国际酒店园林景观改造设计正是在把握本土特色的基础上，糅合中国古典园林的特色造园手法，将张家界自然风光与人文内涵巧妙地结合到一处，将动之美与静之美深蕴其中，从而给所到宾客一种如沐春风、自然舒适的惬意感受。该景观改造自2007年初施工完毕后，以其自然、野趣和富含中国传统文化趣味得到了甲方和四方宾客的大力赞赏。

参考文献：

篇9

【Abstract】Hightwochemistriessecondvolumeoffourthchapteroffourthhasarrangedthegalvanicbatteryprincipleanditstheapplicationteaching,thispartofknowledgeismoreabstract,thestudentunderstoodwithdifficulty.Inordertoletstudentbetteracceptance,understoodthispartofknowledge,Ifromchannelofflesson,thegalvanicbatterydefinitiondrawout,thegalvanicbatteryprinciplesummarizes,thegalvanicbatteryconstitutionconditioninducedfourpartstomakesomeownteachingdesign.

【Keywords】Galvanicbattery;Galvanicbatteryprinciple;Teachingdesign

在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助听器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。而这些电池都是应用原电池原理制作出来的。高二化学第二册第四章第四节安排了原电池原理及其应用的教学，这部分知识较抽象，学生难以理解。为了让学生更好的接受，理解这部分知识，我对原电池原理的教学作了如下设计：

1“番茄电池”引课取一个熟透的番茄，在番茄里平行地插入铜片和锌片，用导线将铜片与锌片及电流表相连，可观察到电流表指针发生偏转。学生们在生活中已接触过各种各样的电池，但番茄也能制出电池！可大大激发学生的学习兴趣，提高学生的学习热情，带着高涨的学习情绪进入本节课的学习。

2学生分组实验，引出原电池定义进入新课学习后，为了更好地探索原电池的化学原理，变学生被动接受式学习为主动发现式学习，突出学生的主体地位，将教材中的教师演示实验设计成学生分组实验，并结合实验设疑：

[学生分组实验]

实验步骤现象1锌片插入稀硫酸中

2铜片插入稀硫酸中

3铜片、锌片一同插入稀硫酸中锌片上有气泡产生

铜片上无气泡产生

同上[问题]为什么锌能与稀硫酸反应放出氢气而铜不能？

[学生分组实验]

4锌片、铜片用导线连接后插入稀硫酸中铜片上有气泡产生[设疑]①是什么气体？（氢气）

②既然铜片上产生的是氢气，铜片上就要有电子，是否说明铜能失去电子？提出假设一：铜若失去电子，应该观察到怎样的现象？

③铜片上电子的唯一来源就是由导线输送过来的。导线中有电子流动可通过什么证明？

[学生分组实验]

5在导线中接入电流表电流表指针偏转学生可根据电流表指针的偏转方向判断电子是由锌片流向铜片。

[教师演示实验]在上述装置的导线中接入小灯泡，小灯泡发光（该实验要成功，酸要多且锌片、铜片的面积较大）。通过这个非常直观的现象引出原电池定义。[归纳、板书]

原电池

原电池的定义：把化学能转化为电能的装置叫原电池。

这样依据实验内容层层设疑，将学生的思维步步引向深入，充分发挥教师的主导作用，并结合实验提出假设，验证假设，突破教学难点。不仅如此，还有助于培养学生的创造思维和实事求是、严肃认真的科学态度、训练科学的学习方法。

3动画模拟过程，总结原电池原理再利用FLASH模拟反应过程，使学生从宏观现象到微观本质，从感知表象到内在联系的过程中，提高思维的严密性、逻辑性和深刻性，进一步突破教学难点。如图1所示：

图

负极（锌片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

正极（铜片）：2H++2e-=H2（还原反应）

总反应：Zn+2H+=Zn2++H2

若将上述装置的导线断开，只有锌片上有气泡，微观过程是锌片在稀硫酸中失电子（原因：锌片能和稀硫酸反应），锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子留在锌片上，溶液中的H+到锌片上得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从锌片上放出。若将导线连接，锌片上产生的电子就通过导线流向铜片，溶液中的H+到铜片上获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。

导线断开，发生直接的氧化还原反应，锌失电子的氧化反应和H+得电子的还原反应都在同一地点锌片上进行，有电子得失，但无电子流动。导线连接后，使锌失电子的氧化反应和H+得电子的还原反应分别在两个地点锌片、铜片上进行，实现了电子的流动，产生了电能，形成了原电池。在原电池中，电子流出的一极是负极（如锌片），发生氧化反应。电子流入的一极是正极（如铜片），发生还原反应。

[归纳、板书]

原电池原理：将氧化还原反应的氧化反应，还原反应分别在两极上进行。

4再利用实验，归纳原电池的构成条件教师先给出装置图，让学生判断能否形成原电池。能或不能可利用上述学生分组实验的实验装置进行验证，并可与图1进行比较。让学生自己找出能或不能形成原电池的原因，归纳出构成原电池的条件。

构成原电池的条件：前提：自发进行的氧化还原反应

（一般是负极能与电解质溶液提供的阳离子发生氧化还原反应）（1）活泼性不同的两极

正极：较活泼金属

负极：不活泼金属或能导电的非金属（如碳棒）

（2）两极插入电解质溶液

（3）两极相连（导线连接或直接接触）形成闭合回路

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2古典园林的营造手法

2.1崇尚自然

中式园林讲究崇尚自然，讲究的是把人工美与自然美整合到一起，达到水融之境界。让观者欣赏到“天人合一”佳作的同时，感受到建造师们对自然的崇尚。要做到此点，务必要协调好建筑与自然景观之间的主次关系，使园林在时间与空间上实现完美地衔接，既可以体现出中国古典园林的淡泊与含蓄，又可以让世人看到四季不同的风姿，自内心深处开始崇尚自然。

2.2移步异景

对中国古代园林与建筑的处理，关键是空间上的艺术处理。尤其是江南，基本都是私家园林，面积是有限的，要想让此园林呈现出秩序井然、视野开阔的艺术效果，要借助于多种多样的组景方法，比如苏州的“拙政园”，其设计的经典就在于借用了“北寺塔”之景。北寺塔高耸而美丽，辉映在“远香堂”到“倚玉轩”再到“凌波曲桥”之间，让观者感受到无限生机，难免心生敬意。此外，凭借着添景、漏景等绝妙的设计手法，让传统园林美不盛收，置身其中，移步异景时，感受到它的妙趣横生。

2.3筑山理池

俗话说得好，山有脉即贵，水有源则贵。实现了脉源融汇贯通，就会满园生动起来。古代园林师们，就是从自然的山石之中提炼出了形态，并将其神韵融于园林山石当中，使其自成一景。水体是除山石外的一个重要自然元素之一，园中无水便不成园。在传统园林建筑中，组景离不开山石、植物、建筑的相互组合，才能达到诗情画意的效果。2.4植物配置中国古典园林植物配置，讲究因地制宜，且取法自然，使花草依然可以展现出人性化的内涵。在配置时，务必要讲究三美：色彩美、姿态美、香味美。通过自然的色泽、优美的姿态、迷人的花香来展示园林的清幽、自然。让植物丰富园林的建筑，为其增添了诸多生机，比如苏州拙政园的“听雨轩”，就是借助于琵琶、残荷，实现了与建筑的遥相呼应，人们听到风雨拍打琵琶、残荷的声音，即刻会感受到园内充满了生机，享受到大自然般恬静。

3古典园林空间营造手法在当今景观设计中的应用

当代人的审美标准随着时代的发展而发生了变化，对于园林的建筑，既要美丽实用，还得功能齐全，所以传统的中式园林建筑再也无法直接指导当代园林建筑了。可是，古老园林的构成元素———山石和水体等还是必不可少的，还有些借景等设计方法依然会被当代园林的设计建造者们所借鉴。当代园林设计者追求的是简洁、合乎目的，注重的是功能和使用，这与传统园林注重观赏性，强调装饰性是完全不同的。当代的造园思想先进了不少，其设计方法也丰富了许多。不但要讲究视线上的合理，还要进行明确的空间划分，要的就是美观实用，这一切都体现出了传统园林的时代延续性。由此可以看出，“新中式”风格贯穿于现代园林的建造之中，在设计与建筑中体现出来的时代潮流、传统文化与现代时尚元素完美结合，融入其中的现代设计语言等均属于“新中式”的特征。以苏州博物馆新馆为例，来感受“新中式”的风采，此建筑为现代与传统、美学与功能完美整合的典范，它的“白墙黑瓦”与周围的环境协调相映，又把中庭的粉墙、假山背景同曲折蜿蜒的廊桥、周围建筑，巧妙地组合在一起，宛若一幅出尘脱俗的水墨画。多边形的漏窗设计被运用于建筑的内部之中，巧妙地把室外的美景拖到了室内，使建筑不再受空间的限制。不管是建筑的形态，还是色彩的搭配，新馆的设计师们都尊重传统和历史，采用新的材料，运用了新的思维，却诠释了古典园林的诗情画意，并且借助于古典园林的设计方法，结合现代的时尚元素，实现了拙政园与新馆的完美过渡。

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单个点具有吸引力，当画面中只有一个点时，往往能够成为视觉中心，吸引游人的视线和脚步；多个点具有放射力，当画面中有多个点时，点与点之间便表现出长度和方向，多个点的连续会产生线的感觉，多个点的集合产生面的感觉。

1.2点的应用形式

1.2.1点作为视线的中心。

园林设计中，根据场地的需要和景观的要求，有选择地布置景点位置，采用小品、广场、景观树等形式使景点从背景中跃出，成为游人的视线中心，吸引游人的目光和脚步，这是园林设计中最常用的表现手法之一。比如北海公园琼华岛上的白塔。

1.2.2点的线性排列。

点的线性排列就是多个点的连续排列，给人“线”的视觉感受，它往往通过多个景点大致排列在一条线上组成线性景观来实现。这种应用手法使景观富有层次感和韵律感，吸引游人的游赏兴趣。

1.2.3点的面化。

点的面化就是多个点的随机排列，给人“面”的视觉感受，它常常通过同一造景元素在平面上的应用来实现。同一造景元素重复均匀应用，会产生很强的秩序感，渲染严肃庄重的气氛；同一造景元素疏密不同的排列，会产生不同的明暗变化，丰富园林景观的层次。

2线在园林设计中的应用

2.1线的涵义

园林设计中的线通常以线型造景要素的形式存在。相对于点，线具有更为明确的评判标准，在园林设计中，线的表现形式有道路、线型构筑物、线型景观带等。

2.2线的视觉感受

在景观设计中，线是应用最广泛的构成要素，主要形式包括直线、规则曲线和不规则曲线。直线在视觉效果上具有力度感，曲线具有柔美感，不同线型的应用和组合产生了丰富多变的视觉感受。

2.3线的应用

2.3.1直线的应用。

直线是规则式园林的常用类型，在园林设计中具有很强的导向性和区别性。人们在直线的道路或景观带中行走时，会不自觉地沿着直线所指示的方向，按照设计师的意图游赏景观，此为导向性。

2.3.2曲线的应用。

规则曲线除了具有曲线自身的多变特性外，还具有一定的规则性，如圆、圆锥曲线、正弦曲线等形式。行走在规则曲线组成的景观中，给人一种在变化中寻求规律的视觉效果。比如道路边缘绿篱采用正弦曲线的形式修剪。

2.3.3自由曲线的应用。

自由曲线充分表现出曲线自身所具有的多变特点，在自然式园林中应用广泛。蜿蜒曲线的自然姿态往往使空间富于变化，使景观富有趣味性和可观性，是体现自然景观的最好方式。比如自然风景园中的园路布置。

3面在园林设计中的应用

3.1面的涵义

在园林设计中，面指由各种形式的线围合而形成的空间，如草坪、广场、森林等。与点相似，面同样是一个相对的存在，判断一个空间是否为面，取决于与之相比的对象，但是面不能是一个独立的个体，通常具有一定的面积。

3.2面的视觉感受

面通常没有固定的方向，主要表现形式有规则面和不规则面两种。规则的面具有秩序感，通常给人一种均衡、稳定的视觉效果；不规则的面富有变化，给人一种动态、活泼的视觉感受。

3.3面的应用形式

3.3.1规则面的应用。

规则面主要指有固定形态的几何图形，通常由直线或规则曲线围合而成，包括圆形、方形、三角形。

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通常意义上，古典元素给室内设计所带来的影响主要表现在显性与隐性两个方面。从显性角度来看，古典元素可从形态化语言、表现手段和媒介等诸多方面影响室内设计；从隐性角度来讲，古典元素里的感情寄托、意境与文化精神等内容也时刻影响着室内设计。设计师需牢牢把握古典元素对室内设计的两方面影响，分清其中的界限与区别，只有这样才能在室内设计中不迷失方向且凸显其特征。

2.室内设计要加强整体感、秩序感与节奏感

一般来讲，室内设计离不开情境的渲染。事实上，在彰显古典设计元素的应用价值时，常常借助独到的设计构思淋漓尽致地表现出来。例如，古典元素总离不开“托物言志”：红喜字预示着好事连连；牡丹寓意富贵高雅、吉祥；荷花体现出“出淤泥而不染”的高风亮节等。这一系列的古典设计手段，无一不影响着中国室内装饰设计的发展进程。又如，剪纸艺术作为一种经典的古典文化表现形式，起先来源于东晋时期的礼佛活动，并在不断地推广与演变之下，最终产生了一种经久不衰的艺术———“窗花”。在室内装饰设计已走向多样性的当代，巧妙地把剪纸这一古典元素融汇于时代元素中，无疑增强了设计的灵活感和文化感。

3.正确对待古典设计元素同室内客观环境的内在关联

毋庸置疑，文化是历史的也是当代的。室内设计中巧妙地运用古典文化元素，对室内空间格局的打造、意境的渲染有着关键的意义。从广义上看，古典元素并非单一的定义，而是伴随空间的复合结构来完成定位、规划任务的。然而，针对古典元素对室内设计所造成的影响看，不能片面地追求仿效，否则会偏离设计本身的初衷，而是要从个人美学观念的变迁、对空间结构的感知等各项因素综合把握、统筹考虑，努力营造和谐、优雅的艺术环境，提升室内设计的整体品位。

4.室内设计应注重材料的革新丰富古典设计艺术的内涵

室内设计的好坏，在很大程度上取决于材料的质地和规格。首先，要严把室内装饰材料的质量关，为设计创造根本前提；其次，应注重选取具有本土特色的、代表中国古典文化特征的材料，将其融入室内设计中，体现厚重、广博的历史文化气息；最后，合理布局材料结构，创新材料使用手段，坚持“古为今用”的基本设计思想，凸显中国风的室内设计。

二、室内设计中古典设计元素的应用内容

中国古典文化具有包容性和历史性，古典元素要在室内设计中得到恰当的应用，除了要遵循应用原则外，还要把握古典元素在实际应用中所要体现的重要内容，下文便对此进行详细论述。近些年来，国家进一步深化文化体制改革，这项改革重要的一方面就是对古典文化的传承与创新。相应的，室内设计也围绕“更舒适的居家环境”来开展。为切实改善室内设计的质量与效果，就不可避免地融入较多的古典元素，充分发挥古典文化的“意境元素”；除此以外，在室内设计中“尊天命”，尤其是借鉴古典文化的优秀元素时，应遵守自然的基本规律，绝不能违背自然准则。古典文化中的风水、方位元素是室内设计中不可忽视的成分，譬如，运用古典图案进行装饰时，便应依照所在地的不同，把具有浓郁地方色彩的图案元素融汇于室内设计中，并发挥当代前沿科技手段的作用，对其进行变革与提炼，使之在古典的基础上更具有时代气息，体现鲜明的区域设计风格。图腾文化同样是室内设计要考虑的重要元素，在中国古典文化中便有图腾文化的说法，尤其在室内设计中，图腾文化呈现出五花八门的艺术表现效果，例如，避邪除凶的八卦如意，保护家庭和睦平安的门神、蝙蝠、龙等寓意深刻的图案，均是彰显人们对生活美好期盼的符号。不难发现，对民族文化中古典元素的挖掘和应用，是实现室内装饰设计朝着多元化方向发展的必由之路。

三、当代室内设计中古典元素的应用策略

1.古典元素的主要应用方式

古典元素根本的艺术精华集中表现于推崇原生态、形神兼具以及和谐三大方面。首先，在中国民间传统文化中，众多艺术设计均大胆尝试色彩的作用，其中不乏一些富有生命力和创造力的作品，这极大地影响了国人对色彩的考究理念，设计工程师们深入研究当代人的美学观念，改进古典色彩的应用方式，进而创设出异彩纷呈、极具民族风情的室内设计作品。值得一提的是，中国人历来崇拜细腻、圆润、质感强烈的事物，这直接影响着中国古典文物质感的发展方向，并且不管新材料如何变化、发展，设计师总喜欢用圆润、细腻、质感好的材料来完成当代室内装饰设计工作；其次，中国古典文化中，十分关注对差异显著事物的排列与整合，以便获取高度的美学价值、凸显深层次的艺术内涵。从这个角度看，设计师会把这样一种文化形态有机地应用于当代室内装饰设计中，依照设计主体的实际状况和客观需要，强化形态各异事物的有序整合，有意识地把传统文化加以改进、提炼，使其充分应用到室内设计活动中，加强设计的整体感；最后，古典文化中向来坚持“以和为贵”，同样，在室内设计里，和谐理念已成为应用最广泛的古典元素之一。设计人员常把“均衡”与“和谐”等古典文化元素通过室内功能区的数学比例、色彩搭配以及家具造型等体现出来，努力达到产品功能与艺术之间的和谐。

2.古典元素的有效应用方法

古典元素在室内设计的具体应用，主要从以下几个方面表现出来：

1）古典图案元素的应用。

古典图案类别繁杂、色彩众多，是中国古典文化最为关键的有机载体。当代室内装饰设计中，可把古典图案加以提炼和改进，以更好地顺应当代图案艺术的流行趋势，通过图案的创新，使其与当代材料互相融合，生成全新的文化图案。当代室内设计采用这类图案，不单具有古典元素的厚重感、庄重感，也凸显当代居室主人的艺术情操。

2）古典色彩元素的应用。

中国古典文化中，红色代表吉祥如意、兴旺喜庆，所以说，当代室内设计更少不了红彩的掺入。一般情况下，设计师会根据需要，把正红色变换为饱和度各异的红色，以迎合公众的审美理念。设计师在应用古典色彩元素时，不失时机地将其与时尚元素相交融，促使室内环境跟随色彩转换而发生强烈的变化，呈现出截然不同的情调与意境，既凸显当代室内设计的艺术活力，也在实践中为室内设计提供了符合民族特征的风格。

3）古典陈设元素的应用。

当提及中国古典家具时，最为人所熟知的莫过于明朝家具，有关研究表明，明朝的家具无论从手工技艺、还是从造型艺术上，均在当时国际上首屈一指。但在当代室内设计中，不能因中国古典家具的优势地位而过度地进行摆设，而应坚持“宁缺毋滥”的原则，一间居室之内，陈设二到四件，便能让房间呈现神采、光辉的生动文化景象，如若过度的配备家具，则会失去陈设元素对居室设计的魅力；相较于“硬件装饰品”，近一段时期以来“，软饰”在居家摆设中的应用更受到人们的热捧，它能让居室内那些略显生硬的线条逐步“柔化”，让居室散发出光彩夺目的情调。除此之外，布艺的应用打破了世界地域的界限，古典布艺元素在室内装饰设计的应用重点体现在以下几个方面：借助布艺衬托出居室内的空间氛围，带有花纹的色泽不一的地毯便是最好的例子；为突出居室设计的整体品位与格调，凭借布艺的空间点缀功能，让人留下深刻印象，墙上丰富多彩的装饰壁纸便是布艺在柔化空间方面的实际应用。

4）古典建筑构件元素的应用。

众所周知，由于建筑技术的限制和影响，中国古代的建筑构件，大都以“榫卯”或“木材”为主。现如今，为数不少的居室主人为追求“返璞归真”的古典设计风格，在混凝土泛滥的建筑时代，把“木结构”应用于室内装饰中，让其成为一个完整的装饰性构件，在古色古香的居室中，人们会深深感受到传统文化的无线吸引力。

5）古典装饰符号的应用。

符号起源于人类文明早期，很早便运用于室内装饰艺术中，将古典装饰符号灵活运用于室内设计中，不但能够烘托室内环境，还能凸显设计风格、调和室内色调，因此在室内设计中，装饰符号是必不可少的。古典装饰符号的运用讲究变异、抽象、转换，变异即是通过对传统文化元素的突破、转换，实现传统文化符号的装饰目的，如欲在室内设计中凸显茶道风格，为凸显茶文化主题，将“茶”字进行旋转、组合，创造出新的茶道符号，将这一符号嵌入墙体背景之中，立即赋予了室内浓浓的茶韵，装饰效果显著。转换就是将原始的装饰符号进行巧妙的转化、美化，提取其中的具象与抽象元素，还可以在空间尺度上进行突破、打散，然后进行二次组合，实现古典符号与室内装饰、家具相互融合的意向。总之，古典装饰符号的运用是在传统符号的基础上进行的，对符号的转换、表达、塑造等不能脱离室内装饰这一主旨，力求装饰效果的自然、融合。